大跨度刚性空间结构竖向地震的静力弹塑性分析

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1、大跨度刚性空间结构竖向地震的静力弹塑性分析摘要大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型，越来越多地应用于各种公用建筑中，其结构的动力特性正被广大研究人员所关注。随着国内外抗震研究的不断深入，对不同类型的结构分别采用相应特定的抗震计算方法。但对于大跨度刚性空间结构，由于结构形体变化较大，特别对于第一振型以竖向振动变形为主时，静力弹塑性分析的Push．over方法不再适用。然而时程分析法计算地震激励下规则大跨度刚性空间结构的响应和进行抗震性能评估时，设计和分析人员面临着计算工作量大、耗时长等困难，使得抗震评估较难掌握和实施。本文力图寻求一种简化的竖向抗震计算方法，提出竖向静力弹塑性分

2、析的新概念，这也是目前大跨度空间结构研究领域的一个新课题。首先本文在查阅大量研究文献的基础上，简要综述分析了工程结构抗震所采用的反应谱法、虚拟激励法、时程法以及静力弹塑性Push—over分析方法，并提出了本文的主要工作和研究内容。详细介绍和分析了Push-over方法的基本假定和基本原理，明确了Push-over方法的适用范围及其在竖向刚度分布规则的多、高层结构中应用时的实施方法。结构的动力问题日益引起更多的关注，以求更好地预测结构在地震、风等动力作用下的性能，并寻求更好的防护手段对结构振动进行主动和被动控制。根据多年来国内外学者对竖向地震特性的研究和分析成果，本文建立了竖向

3、地震反应谱，并形成竖向设计反应谱，利用谱分析方法计算竖向地震作用下大跨度刚性空间结构的响应。将结构支座竖向剪力和结构控制点位移之间的关系，转化为典型的谱加速度和谱位移之间的关系(即弹性竖向需求谱)，同时利用延性系数等方法形成弹塑性竖向需求谱。根据规则大跨度刚性空间结构的特性，参照FEMA273(FederalEmergencyManagementAgency)和ATC-40(AppliedTechnologyCouncil)中关于多、高层建筑结构抗震分析中所采用的Push．over计算原理，提出一种大跨度刚性空间结构的竖向静力弹塑性分析方法即Push．down法，并对该方法进行

4、详细的理论推导。同时建立了计算竖向目标位移的基本方法并提出了结构的破坏准则；针对本文的Push．down新方法，提出一阶模态加载模式的单模态Push．down法和多阶模态共同作用的多模态加载模式Push．down法，并进行了理论推导；得出了竖向能力谱法和改进的能力谱法的基本转化公式；推导了弹性竖向需求谱和考虑延性的弹塑性竖向需求谱的理论；提出了用Psuh．down方法进行竖向抗震性能分析和评估的分析步骤。本文通过模态分析，得到特定大跨度刚性空间结构的动力特性以及各振型的特点、振型参与系数和参与质量，进而得出本文提出的大跨度刚性空间结构竖向静力弹塑性Push．down的应用范围。

5、给出了一个单模态Push．down法分析的简单算例，一个4×4井字网格楼盖的竖向抗震性能评估，并通过与时程法的比较，得出应用Push．down法能够有效的、方便的得到基本振型为竖向变形且第一阶振型参与为主的简单结构体系的抗震性能。给出了一个多模态Push．down法分析的算例，一个单层网壳的竖向抗震性能评估，各模态下的响应采用模态组合法获得。同时将抗震评估结果与该结构竖向时程分析方法下的结果进行比较，结果表明多模态竖向静力弹塑性抗震评估方法与时程比较接近，能够考虑高阶模态的影响。采用本文的研究成果竖向静力弹塑性分析方法Push．down法，可对基本振型为竖向振动的结构，在竖向地

6、震作用下的抗震性能进行评估并做出有效的分析。本方法可以考虑多模态的组合作用，增加了计算结果的精确度。关键词：大跨度刚性空间结构，性能设计，Push．OVer"，模态分析，竖向反应谱，Push．down，竖向需求谱，竖向能力谱，竖向荷载分布模式，抗震性能评估，多模态静力弹塑性分析第七章结论与展望(1)本文首先综述了目前国内外常见的抗震分析方法：反应谱法、随机振动法、时程法和静力弹塑性分析方法(Push-．over法)。反应谱方法基于线性反应的假定，对于非线性和弹塑性分析能力不足：随机振动方法解决工程问题快捷、准确，但将其应用于工程实践尚须改进和简化；时程法能够较真实和准确的反应地

7、震动作用下结构的反应，但由于计算工作量大且地震波的选取困难，使得该方法实际操作不方便。静力弹塑性分析(Push-over法)仅仅只能分析竖向规则的多、高层结构，不适应于大跨度空间结构。(2)通过对静力弹塑性分析(Push_0vef法)的介绍和研究，明确了静力简化方法的基本原理和处理方法。进而说明同样处理方法在竖向静力弹塑性分析可以借鉴。(3)通过对竖向地震资料分析，得出竖向地震加速度与水平地震加速度的比值，建立了不同基本烈度下和不同场地的竖向地震影响系数曲线，进而得到基本烈度下的竖向反应谱关